Kräfte und ihre Wirkungen - Physik

Diesen aiMOOC als Battle spielen: Deutsch, Klasse 9-10, G-Niveau

Einleitung

Eine Kraft kann einen Körper beschleunigen, bremsen, umlenken oder verformen. Du erkennst eine Kraft also an ihrer Wirkung. In diesem kurzen aiMOOC lernst Du die wichtigsten Grundlagen für die Physik in Klasse 9.

Zwei Kräfte werden zu einer resultierenden Kraft zusammengefasst.

Video laden

YouTube

YouTube sammelt möglicherweise persönliche Daten. Datenschutzrichtlinie

Fortfahren Ausblenden

Lernziele

Du kannst erklären, wie Kräfte wirken. Du kannst Kraftpfeile lesen, einfache Kräfte berechnen und ein Kräftegleichgewicht erkennen.

Grundwissen

Wirkungen einer Kraft

Eine Kraft kann die Bewegung oder die Form eines Körpers ändern.

1. Bewegungsänderung: Ein Ball wird schneller, langsamer oder ändert seine Richtung.
2. Verformung: Eine Feder wird gedehnt, ein Schwamm wird zusammengedrückt oder ein Lineal wird gebogen.

Animation einer schwingenden Masse an einer Feder.

Eine Kraft kann auch eine Drehung bewirken.

Video laden

YouTube

YouTube sammelt möglicherweise persönliche Daten. Datenschutzrichtlinie

Fortfahren Ausblenden

Kraft als Pfeil

Eine Kraft ist eine gerichtete Größe. Ein Kraftpfeil zeigt drei Dinge:

1. Angriffspunkt: Dort beginnt der Pfeil.
2. Kraftrichtung: Die Pfeilspitze zeigt die Richtung.
3. Kraftbetrag: Die Länge des Pfeils zeigt die Stärke.

Das Formelzeichen ist F. Die Einheit ist Newton. Das Einheitenzeichen lautet N.

Kraftpfeile an einem Körper auf einer schiefen Ebene.

Kraft und Beschleunigung

Für einen Körper mit gleichbleibender Masse gilt:

$F=m\cdot a$

Dabei ist F die Kraft, m die Masse und a die Beschleunigung. Eine größere Kraft erzeugt bei gleicher Masse eine größere Beschleunigung.

Beispiel: Ein Körper mit 3 kg wird mit 2 m/s² beschleunigt. Dann gilt: 3 kg · 2 m/s² = 6 N.

Video laden

YouTube

YouTube sammelt möglicherweise persönliche Daten. Datenschutzrichtlinie

Fortfahren Ausblenden

Datei:STEMonstrations- Newton's 2nd Law of Motion.webm

Mehrere Kräfte

Wirken mehrere Kräfte, werden sie zu einer resultierenden Kraft zusammengefasst. Wirken gleich große Kräfte genau entgegengesetzt, ist die resultierende Kraft null. Dann herrscht Kräftegleichgewicht.

Ein Körper im Kräftegleichgewicht bleibt in Ruhe oder bewegt sich geradlinig mit gleichbleibender Geschwindigkeit.

Kraft und Gegenkraft

Kräfte treten bei einer Wechselwirkung paarweise auf. Drückst Du gegen eine Wand, drückt die Wand gleich stark in die Gegenrichtung. Kraft und Gegenkraft wirken aber auf verschiedene Körper.

Animation zu Kraft und Gegenkraft bei der Gravitation.

Darstellung des Wechselwirkungsprinzips.

Wichtige Kräfte im Alltag

1. Gewichtskraft: Die Erde zieht Körper nach unten. Es gilt ungefähr $F_G=m\cdot g$.
2. Reibungskraft: Sie wirkt einer Bewegung oder einer möglichen Bewegung entgegen.
3. Federkraft: Eine gedehnte oder gestauchte Feder wirkt zurück.
4. Normalkraft: Eine Unterlage drückt senkrecht gegen einen Körper.
5. Magnetische Kraft: Magnete können sich anziehen oder abstoßen.

Lernbereiche

1. Mechanik
2. Kraft
3. Bewegung
4. Newtonsche Gesetze
5. Kräftegleichgewicht

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Wirkung kann eine Kraft haben? (Sie kann einen Körper beschleunigen) (!Sie kann die Masse eines Körpers immer verdoppeln) (!Sie kann die Zeit anhalten) (!Sie kann die Temperatur immer auf null setzen)

Welche Einheit hat die Kraft? (Newton) (!Kilogramm) (!Meter) (!Sekunde)

Was zeigt die Spitze eines Kraftpfeils? (Die Richtung der Kraft) (!Die Farbe des Körpers) (!Die Masse des Körpers) (!Die Dauer der Messung)

Welche Formel gilt bei gleichbleibender Masse? (F gleich Masse mal Beschleunigung) (!F gleich Masse geteilt durch Zeit) (!F gleich Weg mal Zeit) (!F gleich Geschwindigkeit plus Masse)

Welche Kraft beschleunigt 3 Kilogramm mit 2 Metern pro Sekunde zum Quadrat? (6 Newton) (!1 Newton) (!5 Newton) (!9 Newton)

Wann herrscht Kräftegleichgewicht? (Wenn die resultierende Kraft null ist) (!Wenn nur eine Kraft wirkt) (!Wenn ein Körper immer schneller wird) (!Wenn keine Masse vorhanden ist)

Was kann Reibung bewirken? (Sie kann eine Bewegung bremsen) (!Sie vergrößert immer die Masse) (!Sie erzeugt immer Licht) (!Sie entfernt die Gewichtskraft)

Womit kann eine Kraft gemessen werden? (Mit einem Kraftmesser) (!Mit einer Stoppuhr) (!Mit einem Thermometer) (!Mit einem Messbecher)

Wo wirken Kraft und Gegenkraft? (Auf zwei verschiedene Körper) (!Nur auf einen einzigen Körper) (!Immer nur auf ruhende Körper) (!Nur im Weltraum)

Was geschieht bei einer größeren Kraft auf dieselbe Masse? (Die Beschleunigung wird größer) (!Die Masse verschwindet) (!Die Beschleunigung wird immer null) (!Die Richtung spielt keine Rolle)

Memory

Newton	Einheit der Kraft
Kraftmesser	Messgerät
Kraftpfeil	Gerichtete Darstellung
Verformung	Änderung der Form
Beschleunigung	Änderung der Geschwindigkeit
Resultierende	Gesamtkraft
Gleichgewicht	Kräfte heben sich auf

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Bedeutung
Pfeilanfang	Angriffspunkt
Pfeilspitze	Kraftrichtung
Pfeillänge	Kraftbetrag
Newton	Einheit der Kraft
Resultierende	Gesamtkraft

Kreuzworträtsel

Newton	Wie heißt die Einheit der Kraft?
Vektor	Wie nennt man eine gerichtete physikalische Größe?
Reibung	Welche Kraft bremst oft eine Bewegung?
Feder	Welches elastische Bauteil wird in vielen Kraftmessern genutzt?
Beschleunigung	Welche Bewegungsänderung entsteht durch eine resultierende Kraft?
Gleichgewicht	Wie heißt der Zustand bei einer resultierenden Kraft von null?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Eine Kraft kann einen Körper beschleunigen oder . Das Formelzeichen der Kraft ist . Die Einheit der Kraft heißt . Ein Kraftpfeil zeigt den Betrag und die . Für einen Körper mit gleichbleibender Masse gilt F gleich m mal . Mehrere Kräfte ergeben eine Kraft. Ist diese Gesamtkraft null, herrscht . Kraft und Gegenkraft wirken auf zwei verschiedene .

Offene Aufgaben

Leicht

1. Kräfte im Alltag: Fotografiere oder zeichne vier Situationen, in denen Kräfte wirken. Markiere jeweils die Wirkung.
2. Kraftpfeil: Zeichne an einem Fußball einen Pfeil für die Kraft eines Tritts. Beschrifte Angriffspunkt, Richtung und Betrag.
3. Verformung: Untersuche vorsichtig einen Schwamm, ein Gummiband und Knete. Beschreibe die Formänderungen.
4. Bewegungsänderung: Beobachte einen rollenden Ball. Nenne drei Möglichkeiten, seine Bewegung zu ändern.

Standard

1. Federkraft: Hänge verschiedene kleine Massen an eine Feder. Miss die Verlängerung und erstelle eine Tabelle.
2. Reibung: Ziehe denselben Gegenstand über Papier, Stoff und eine glatte Fläche. Vergleiche die nötige Kraft.
3. Kräfteplan: Zeichne alle Kräfte an einem Buch, das ruhig auf einem Tisch liegt.
4. Erklärvideo: Erstelle ein kurzes Video, das Beschleunigen, Bremsen, Umlenken und Verformen zeigt.

Schwer

1. Grundgleichung der Mechanik: Plane einen Versuch mit einem Rollwagen, um den Zusammenhang zwischen Kraft, Masse und Beschleunigung zu prüfen.
2. Kräftegleichgewicht: Erkläre mit Kraftpfeilen, warum ein Fallschirmspringer zeitweise mit gleichbleibender Geschwindigkeit sinken kann.
3. Wechselwirkungsprinzip: Analysiere einen Sprung vom Boden. Beschreibe die Kräfte auf den Menschen und auf die Erde.
4. Sicherheitsphysik: Untersuche, wie Sicherheitsgurt, Airbag und Knautschzone die Wirkung von Kräften bei einem Unfall verändern.

Lernkontrolle

1. Einkaufswagen: Zwei gleich schwere Einkaufswagen werden unterschiedlich stark geschoben. Erkläre, welcher Wagen stärker beschleunigt und warum.
2. Volle und leere Kiste: Auf eine leere und eine volle Kiste wirkt dieselbe Kraft. Vergleiche ihre Beschleunigungen.
3. Kurvenfahrt: Ein Fahrrad fährt durch eine Kurve. Erkläre, warum eine Kraft nötig ist, obwohl der Betrag der Geschwindigkeit gleich bleiben kann.
4. Buch auf dem Tisch: Erkläre, warum das Buch trotz Gewichtskraft nicht nach unten beschleunigt.
5. Bremsweg: Begründe, warum starke Reibung beim Bremsen hilfreich, beim Rollen aber oft störend ist.
6. Raketenstart: Übertrage das Wechselwirkungsprinzip auf eine startende Rakete und die ausgestoßenen Gase.

Lernnachweis

Für Deinen Lernnachweis solltest Du:

1. die vier wichtigen Kraftwirkungen an Beispielen erklären,
2. Kraftpfeile mit Angriffspunkt, Richtung und Betrag zeichnen,
3. einfache Aufgaben mit $F=m\cdot a$ lösen,
4. ein Kräftegleichgewicht erkennen und begründen,
5. Kraft und Gegenkraft zwei verschiedenen Körpern zuordnen,
6. einen eigenen Versuch planen, durchführen und auswerten.

OERs zum Thema

Freie Medien und Vertiefung

1. Animationen zu Kräften auf Wikimedia Commons
2. Medien zu den Newtonschen Gesetzen
3. Newtonsche Gesetze
4. Kräftegleichgewicht

Links

Kräfte und ihre Wirkungen - Physik Kraft Kraftpfeil Newton Grundgleichung der Mechanik Kräftegleichgewicht Gewichtskraft Reibungskraft Federkraft Wechselwirkungsprinzip